«О ПОДГОТОВКЕ МАГИСТРОВ НА ФАКУЛЬТЕТЕ НАУК О МАТЕРИАЛАХ МГУ В 2011 году факультет наук о материалах Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова отметил юбилей – 20 лет со дня основания факультета. В ...»

СОДЕРЖАНИЕ

О подготовке магистров на факультете наук о материалах МГУ 3

Состав Государственной Аттестационной Комиссии 6

Расписание защит магистерских диссертаций 8

Аннотации магистерских диссертаций 12

О ПОДГОТОВКЕ МАГИСТРОВ

НА ФАКУЛЬТЕТЕ НАУК О МАТЕРИАЛАХ МГУ

В 2011 году факультет наук о материалах Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова отметил юбилей – 20 лет со дня основания факультета. В 1991 году факультет (тогда Высший колледж наук о материалах) создавался как междисциплинарное учебное заведение, задачей которого была подготовка высококвалифицированных специалистов, способных проводить исследования в смежных областях химии, физики и механики. За время обучения на ФНМ студенты приобретают усиленную общенаучную подготовку и хорошие навыки экспериментальной работы.

С недавних пор факультет наук о материалах проводит обучение студентов по двухступенчатой (бакалавр-магистр) системе подготовки специалистов. В 2009 году прошел выпуск первых магистров по направлению 510500 – «Химия» (магистерская программа 510510 «Химия твердого тела»).

Программа подготовки магистров включает в себя лекционные курсы, реализующие специальные («Перспективные неорганические материалы со специальными функциями», «Супрамолекулярная химия», «Бионеорганическая химия», «Координационная химия», «Функциональные наноматериалы», «Нанохимия») и гуманитарные дисциплины направления («История и методология науки о материалах», «Методика преподавания естественнонаучных дисциплин», «Философские проблемы естествознания», «Компьютерные технологии в науке и образовании»), дисциплины по выбору студентов, а также практические занятия, позволяющие студентам осваивать новейшее синтетическое и исследовательское оборудование. Так, магистранты 1 года обучения осваивают начальную часть спецпрактикума «Методы исследования неорганических материалов», в рамках которой знакомятся с основными принципами работы современных приборов, использующихся при исследовании физико-химических и механических свойств материалов. Магистранты 2 года проходят заключительную, расширенную часть спецпрактикума (так называемый «Приборный практикум»), основной задачей которой является подготовка квалифицированных пользователей (операторов) для самостоятельной работы на вполне конкретном сложном оборудовании. Следует отметить, что объектами аналитического исследования в ходе выполнения задач спецпрактикума «Методы исследования неорганических материалов» в значительной мере являются вещества и материалы, создаваемые в рамках приоритетного для факультета научного направления «Нанотехнологии и наноматериалы».

Студенты ФНМ имеют уникальную возможность осуществлять научную деятельность и выполнять квалификационные работы не только в подразделениях Московского университета, но и в крупнейших научных центрах России, в зарубежных научных центрах. Наладить научные контакты позволяют стажировки, которые в рамках научно-производственной практики проходят все студенты 1 года магистратуры. Такие стажировки позволяют студентам знакомиться с работой ведущих научных коллективов, развивать свои навыки материаловедов-исследователей в рамках разных научных школ, а во время зарубежных стажировок – еще и практиковаться в общении на иностранных языках. Во время практики студенты обогащаются научными идеями, закладывают фундамент своей научной репутации для следующих уровней образования (аспирантура, докторантура).

В 2012 году магистранты проходили практику в таких крупных учебно-научных и научных центрах России как Институт металлургии и материаловедения РАН, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Московский институт стали и сплавов, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Институт физической химии и электрохимии РАН, Институт общей и неорганической химии РАН, Институт элементорганических соединений РАН, ФГУП Всероссийский институт авиационных материалов, НИЦ «Курчатовский институт», ЗАО Фуллерен-центр (Нижний Новгород), Физический институт имени Лебедева РАН, ВНИИ кабельной промышленности.

Администрация факультета всячески поощряет прохождение студентами зарубежных стажировок. В текущем году из 25 студентов зарубежную практику прошли 20 человек, причем некоторые студенты за время практики побывали в двух зарубежных центрах. Магистранты работали в таких учебно-научных и научных центрах как Университет ЭрлангенаНюрнберга (Германия), Ruhr-Universitat Bochum (Германия), Clemson University (США), University of Calabria (Италия), Nissan Research Center (Япония), Karlsruhe Institute of Technology (Германия), Instituto de Ciencia de Materials de Madrid (Испания), Кавальский Институт технологий (Греция), Technische Universitat Bergakademie Freiberg, National Institute for materials Science (Япония), Universitat Bonn (Германия), Department of Materials, ETH (Швейцария), Weizmann Institute of Science (Израиль), Institut de Physique et Chimie des Materiaus de Strasbourg (Франция), Leibniz Institute for Solid State and Materials Research (Германия), National Nanotechnology Laboratory (Италия), iBeam Materials Inc. (США), Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (Южная Корея), Университет Гента (Бельгия).

Важным фактором, способствующим развитию творческой активности студентов, является то, что научная работа входит в учебный план.

Форма отчетности – обязательные студенческие конференции, которые проводятся по окончании каждого семестра. О высокой научной активности студентов свидетельствует большое количество публикаций в научных журналах, а также участие студентов в российских и международных научных конференциях. Общее число публикаций выпускников магистратуры за 2009-2011 годы представлено в таблице.

2009 2010 Число студентов, защищавших диплом 16 17 Число работ, выполненных в институтах РАН 3 1 Число студентов, имеющих публикации 16 17 Общее число публикаций, 237 283 из них статей, 51 80 заявок на патент 4 2 патентов Число оценок «отлично» 14 12 «хорошо» 2 4 «удовлетв.» 0 1 «неудовл.» 0 0 Число работ, отмеченных ГАК 3 4 Число дипломов с отличием 8 7 Число выпускников, поступивших 9 11 в аспирантуру ФНМ В 2012 году магистерские диссертации будут защищать 21 выпускник. Общее число их публикаций составляет 222, из них 52 статьи, 6 патентов. Магистерские диссертации выполнялись, в основном, в лабораториях кафедры неорганической химии химического факультета МГУ, а также на кафедрах высокомолекулярных соединений, электрохимии, органической химии, химической технологии и новых материалов химического факультета МГУ и кафедре общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ.

Оценивать работы будет высококвалифицированная и объективная Комиссия, возглавляемая главным научным сотрудником Института металлургии и материаловедения РАН, академиком РАН, доктором химических наук Бузником Вячеславом Михайловичем. В состав Комиссии, наряду с преподавателями ФНМ и химического факультета, входят представители Российской академии наук, ведущие специалисты институтов РАН, Госкорпорации «Росатом», ОАО РОСНАНО.

СОСТАВ

ГОСУДАРСТВЕННОЙ АТТЕСТАЦИОННОЙ КОМИССИИ

1 Бузник Вячеслав Михай- академик РАН, доктор хим. наук, гл. налович учн. сотр. Института металлургии и мапредседатель) териаловедения РАН 2 Третьяков академик РАН, доктор хим. наук, проф., Юрий Дмитриевич декан ФНМ МГУ 3 Новоторцев академик РАН, доктор хим. наук, проф., Владимир Михайлович директор Института общей и неорганической химии РАН 4 Цивадзе академик РАН, доктор хим. наук, проф., Аслан Юсупович директор Института физической химии и электрохимии РАН 5 Алымов член-корр. РАН, доктор техн. наук, Михаил Иванович проф., зав. лабораторией, Институт металлургии и материаловедения РАН 6 Антипов член-корр. РАН, доктор хим. наук, проф., Евгений Викторович зав. кафедрой, химический ф-т МГУ 7 Баринов член-корр. РАН, доктор техн. наук, зам.

Сергей Миронович директора Института металлургии и материаловедения РАН 8 Гудилин член-корр. РАН, доктор хим. наук, проф., Евгений Алексеевич зав. кафедрой ФНМ МГУ чл. корр. РАН, доктор техн. наук, професМешалкин сор, директор МИ-ЛРТИ, зав. кафедрой, Валерий Павлович 10 Тананаев член-корр. РАН, доктор хим. наук, проф., Иван Гундарович ЗАО Наука и инновации ГК Росатом 11 Тарасова член-корр. РАН, доктор хим. наук, проф., Наталия Павловна зав. кафедрой, РХТУ им. Д.И. Менделеева 12 Чекмарев член-корр. РАН, д.т.н., проф., научный Александр Михайлович руководитель Института материалов современной энергетики и нанотехнологий Евгений Васильевич зав. каф. наноматериалов и нанотехнологий, РХТУ им. Д.И. Менделеева Евгений Вениаминович МГУ 15 Добровольский доктор хим. наук, профессор, зав. лабоЮрий Анатольевич раторией, Институт проблем химической 16 Ерёмин доктор физ.-мат. наук, проф., химичеВадим Владимирович ский ф-т МГУ 17 Иванов Владимир доктор хим. наук, в.н.с., Институт общей Константинович и неорганической химии РАН 18 Кнотько доктор хим. наук, в.н.с., химический ф-т Александр Валерьевич МГУ 19 Чурагулов доктор хим. наук, проф., химический ф-т 20 Шевельков доктор хим. наук, проф., химический ф-т Андрей Владимирович МГУ 22 Бердоносов кандидат хим. наук, ст. преп., химичеПетр Сергеевич ский ф-т МГУ Алексей Викторович 24 Гольдт кандидат хим. наук, ассоциат бизнесИлья Валерьевич единицы, ОАО РОСНАНО 25 Путляев кандидат хим. наук, доцент, химический Валерий Иванович ф-т МГУ 26 Шаталова кандидат хим. наук, доцент, химический Татьяна Борисовна ф-т МГУ (секретарь ГАК)

РАСПИСАНИЕ ЗАЩИТ МАГИСТЕРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

1 Росляков Создание чувстви- лаб. неорганич. к.х.н., н.с. к.х.н., инжеИлья тельных элемен- материалове- Напольский нер КривецВладимиро- тов газовых сен- дения, каф. не- К.С. кий В.В., 2 Козьменкова Материалы для лаб. неорганич. к.х.н., н.с. к.х.н., с.н.с.

3 Вербицкий Электронное лаб. неорганич. к.х.н., доц. к.ф.-м.н. ОбНиколай строение химиче- материалове- Елисеев А.А. разцов А.Н., 4 Чеботаева Структура и свой- лаб. полиэлек- к.х.н. Берко- к.ф.-м.н.,

МГУ МГУ

Александр толюминесцент- физики и мо- проф. Тимо- с.н.с. ТрифоЮрьевич ных свойств кол- лекулярной шенко В.Ю., нов А.С., 1 Адаменков Рост из газовой лаб. химии ко- к.х.н., доц. к.х.н., с.н.с.

Александр фазы и исследова- ординацион- Самойленков Малахо А.П., 3 Меледина Управление мик- лаб. неорганич. к.х.н., доц. к.х.н., в.н.с.

4 Золотых Влияние эрбия на лаб. химии и к.х.н., с.н.с. к.х.н., н.с.

5 Лебедев Сенсибилизация лаб. неорганич. к.х.н., доц. к.х.н., с.н.с.

Василий фотокатализато- материалове- Гаршев А.В. Малахо А.П., 2 Шеберстов Стандартизация лаб. ЯМР, каф. д.х.н., проф. к.х.н., с.н.с.

Кирилл условий регистра- органич. Хи- Сергеев Н.М. Колягин 3 Варечкина Влияние модифи- лаб. химии и д.х.н., доц. д.х.н., в.н.с.

4 Попова Состав, структура лаб. химии ко- к.х.н., доц. к.х.н., доц.

5 Петухов Диоксид олова, лаб. химии и д.х.н., доц. д.х.н., проф 6 Павленко Люминисцентные лаб. техноло- к.х.н., доц. к.х.н., доц.

Анастасия свойства молибда- гии функцион. Морозов Клямкин 1 Шестаков Допирование ок- лаб. неорга- к.х.н, в.н.с. к.х.н., доц.

Михаил сида цинка литием нич. материа- Баранов А.Н. Дроздов 2 Корнейчук Биорезорбируемая лаб. неорга- к.т.н., с.н.с.к.т.н., асс.

Светлана керамика на осно- нич. материа- Сафронова Свентская 3 Гаврилова Синтез наномате- лаб. неорга- д.х.н., проф. к.х.н., с.н.с.

Дарья риалов на основе нич. материа- Чурагулов Баранчиков Юрьевна диокcида титана ловедения, Б.Р., асп. А.Е., Инстидля фотоэлектро- каф. неорга- Гаврилов тут общей и 4 Ларионов Реакционно- лаб. неорга- к.х.н., доц. к.т.н. Лукина Дмитрий связанные компо- нич. материа- Путляев Ю.С., лаб.

Сергеевич зиты гидроксиапа- ловедения, В.И., асп. «Костный 5 Саматов Коллоидные кван- лаб. химии и к.х.н., доц. к.х.н., в.н.с.

Иван товые точки «яд- физики полу- Васильев Р.Б. Баранов Аннотации магистерских диссертаций Создание чувствительных элементов газовых сенсоров на основе пористых пленок анодного оксида алюминия Руководитель: к.х.н., н.с. Напольский К.С.

Мониторинг горючих компонентов в атмосфере является чрезвычайно важной задачей для обеспечения безопасности на промышленных объектах, в шахтах, вблизи газопроводов, а также в бытовых условиях – в домах, оборудованных газовыми плитами или газовыми системами отопления. В настоящее время для измерения концентрации горючих газов, таких как метан и пропан широко используются термокаталитические датчики пелисторного типа. К достоинствам данного вида изделий стоит отнести надежность, простоту конструкции, а также быстродействие, высокую точность и чувствительность. Следует отметить и их недостаток – высокое энергопотребление – накладывающее серьезные ограничения на использование таких систем в портативных газовых анализаторах.

Для снижения энергопотребления в рамках данной работы предлагается оригинальный подход, связанный с переходом от традиционного способа производства термокаталитических сенсоров к тонкопленочной технологии (рис. 1). Предлагаемый подход понизит мощность, требуемую для нагрева чувствительного элемента до рабочей температуры, более чем на порядок, а также позволит снизить содержание драгоценных металлов в чувствительном элементе сенсора, и, следовательно, уменьшит себестоимость его производства. За счет внедрения частиц катализатора в поры оксидной матрицы ожидается увеличение срока службы термокаталитического сенсора до нескольких лет.

Формирование пла- нагреватель/термометр нарных чувствительных эле- сопротивления ментов для термокаталитического сенсора осуществляли с использованием совокупности современных технологических процессов, таких ное напыление. На первой стадии на поверхности пористой оксидной пленки, по- Рис. 1. Схематическое изображение планарного чувствианодированием тельного элемента термокаталитического газового сенсора на лученной алюминия в 0,3 М C2H2O4, основе пористой плёнки анодного оксида алюминия.

формировали массив платиновых нагревателей в виде двухмерных спиралей толщиной 100 нм по методике взрывной фотолитографии. Для создания оксидной основы чувствительного элемента литографический процесс проводили повторно, но уже с использованием другого шаблона. Незащищенный слоем фоторезиста анодный Al2O3 селективно растворяли, а затем удаляли остатки фоторезиста и Al основу.

В результате были получены отдельные чувствительные элементы площадью около 5 мм2 с сопротивлением Pt микронагревателя 27±1 Ом (рис. 2). Пористая структура анодного оксида алюминия остается стабильной в широком интервале температур вплоть до 1000 °С. Нанесенный слой платины обладает высокой адгезией к оксидной плёнке, отслаивания нагревателя в процессе работы сенсора не наблюдается. Внедрение Pd/Pt катализатора в поры осуществляли путем пропитки оксидной матрицы хлоридными комплексами соответствующих металлов с последующим отжигом. Частицы катализатора размером ~ 20 нм равномерно распределяются по всей толщине мембраны, не блокируя при этом каналы. Испытания сенсорных свойств полученных чувствительных элементов свидетельствуют, что их рабочее напряжение составляет 1,8 В, мощность около 60 мВт, а чувствительность 6 7 мВ/об. % CH4. Температура платинового нагревателя в процессе работы не превышает 500 °С. При этом значительного дрейфа сопротивления не происходит, а чувствительный элемент выдерживает более 105 циклов нагрев/охлаждение без каких-либо структурных изменений.

Таким образом, в ходе работы получены планарные термокаталитические чувствительные элементы, которые по своим характеристикам не уступают существующим объёмным аналогам. Все использованные методики синтеза позволяют за один технологический цикл формировать нескольких сотен чувствительных элементов, что и снижает количество отбрако- (растровая электронная микроскопия).

ванных изделий.

Публикации студента:

1. Росляков И.В., Напольский К.С., Елисеев А.А., Лукашин А.В., Чернышов Д.Ю., Григорьев С.В. Синтез магнитных наночастиц с контролируемой анизотропией функциональных свойств в матрице из пористого оксида алюминия // Российские нанотехнологии, 2,009, 4, 3-4, 82-86.

2. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Lebedev V.A., Itkis D.M., Tretyakov Yu.D. Calibrations gratings based on self-assembled anodic alumina porous films // ISJAEE, 2009, 11(79), 86-89.

3. Grigoriev S.V., Chumakov A.P., Syromyatnikov A.V., Grigorieva N.A., Okorokov A.I., Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Eckerlebe H. Magnetic properties of a two-dimensional spatially ordered array of nickel nanowires // Physics of the Solid State, 2010, 52, 5, 1011-1016.

4. Grigoriev S.V., Syromyatnikov A.V., Chumakov A.P., Grigoryeva N.A., Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Petukhov A.V., Eckerlebe H. Nanostructures: Scattering beyond the Born approximation // Phys. Rev. B, 2010, 81, 125405.

5. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Petukhov A.V., Byelov D.V., Grigoryeva N.A., Bouwman W.G., Lukashin A.V., Kvashnina K.O., Chumakov A.P., Grigoriev S.V.

Long-range ordering in anodic alumina films: a microradian X-ray diffraction study // J.

Appl. Cryst., 2010, 43, 531-538.

6. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. Formation of multilayered Ni/Cu nanowires based on porous anodic alumina films // ISJAEE, 2010, 8(88), 79–83.

7. Chumakov A.P., Grigoriev S.V., Grigoryeva N.A., Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Okorokov A.I., Eckerlebe H. Two-dimensional spatially ordered arrays of cobalt nanowires: Polarized SANS study // Journal of Physics: Conference Series, 2010, 247, 012033.

8. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Petukhov D.I., Lukashina A.V., Chen S.-F., Liu C.-P., Tsirlina G.A. Tuning the microstructure and functional properties of metal nanowire arrays via deposition potential // Electrochimica Acta, 2011, 56, 5, 2378-2384.

9. Chumakov A.P., Grigoriev S.V., Grigoryeva N.A., Napolskii K.S., Eliseev A.A., Roslyakov I.V., Okorokov A.I., Eckerlebe H. Magnetic properties of cobalt nanowires: Study by polarized SANS // Physica B, 2011, 406, 2405-2408.

10. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A. Byelov D.V., Petukhov A.V., Grigoryeva N.A., Bouwman W.G., Lukashin A.V., Chumakov A.P., Grigoriev S.V. The Kinetics and Mechanism of Long-Range Pores Ordering in Anodic Films on Aluminum // J. Phys.

Chem. C, 2011, 115, 23726-23731.

11. Григорьев С.В., Григорьева Н.А., Напольский К.С., Чумаков А.П., Елисеев А.А., Росляков И.В., Эккерлебе Х., Сыромятников А.В. Массивы взаимодействующих ферромагнитных нанонитей: исследование методом малоугловой нейтронной дифракции // Письма в ЖЭТФ, 2011, 94, 678-684.

12. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Romanchuk A.Yu., Kapitanova O.O., Mankevich A.S., Lebedev V.A., Eliseev A.A. Origin of Long-Range Orientational Pore Ordering in Anodic Films on Aluminum // Journal of Materials Chemistry, 2012, DOI:

10.1039/c2jm31710a.

13. Напольский К.С., Валеев Р.Г., Росляков И.В., Лукашин А.В., Сурнин Д.В., Ветошкин В.М., Романов Э.А., Лысков Н.В., Укше А.Е., Добровольский Ю.А., Елисеев А.А. Cпособ получения наноструктур полупроводника // Патент на изобретение № 2385835, 2010. Приоритет от 23.10.2008 // Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Москва: ФИПС 10.04.2010. Бюллетень № 10.

14. Napolskii K.S., Trubitsyn E.A., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Grigoriev S.V.,. Grigorieva N.A, Eckerlebe H. The use of porous matrices for electrochemical growth of magnetic nanostructures // E-MRS 2007 Spring Meeting, Strasbourg, France, 2007.

15. Росляков И.В. Получение упорядоченного массива Co нанонитей на основе пористых пленок Al2O3 // VII Конференция молодых ученых «Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения», Звенигород.

16. Росляков И.В. Изучение эволюции пористой структуры пленок анодированного Al2O3 методом малоуглового рассеяния рентгеновского излучения // XV Международная конференция «Ломоносов», Москва, 2008.

17. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. Anodic alumina films as a host material for preparation of magnetic nanowire arrays // MISM 2008, Moscow, 2008.

18. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Chumakov A.P., Grigoriev S.V., Grigorieva N.A., Sharp M., Eckerlebe H., Byelov D., Petukhov A.V. Small Angle Neutron and X-ray Diffraction Study of Spatially Ordered Nanocomposites Based on Anodic Alumina Films // School on Condensed Matter Research «Probing the Nanometer Scale with Neutrons, Photons and Muons», Zuoz, Switzerland, 2008.

19. Napolskii K.S., Napolskaya A.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Chumakov A.P., Grigoriev S.V., Grigorieva N.A., Sharp M., Eckerlebe H. Polarized SANS study of highly ordered arrays of magnetic metal (Ni, Co) nanowires based on anodic alumina films // PNCMI 2008, Tokai, Japan, 2008.

20. Росляков И.В., Напольский К.С. Применение пленок пористого оксида алюминия для синтеза магнитных наночастиц с контролируемой анизотропией функциональных свойств // I Международная конференция «Функциональные материалы и высокочистые вещества», Суздаль, 2008.

21. Росляков И.В., Напольский К.С. Выбор оптимальных условий получения пленок пористого оксида алюминия и магнитных материалов на их основе // XVI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», Москва, 2009.

22. Росляков И.В., Напольский К.С., Елисеев А.А., Третьяков Ю.Д. Выбор оптимальных условий получения пленок пористого оксида алюминия и магнитных материалов на их основе // Третья всероссийская конференция по наноматериалам «Нано-2009», Екатеринбург, 2009.

23. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Petukhov A.V., Grigoriev S.V., Vassiliev S.Yu., Tsirlina G.A. Templating of Electrodeposited Metals as a Tool to Control Functional Properties of Nanostructured Materials // 5th Kurt Schwabe Symposium, Erlangen, Germany, 2009.

24. Росляков И.В. Синтез магнитных наночастиц с контролируемой анизотропией функциональных свойств в матрице из пористого оксида алюминия // Материалы ХIХ Менделеевской конференции молодых учёных, Санкт-Петербург, 2009.

25. Roslyakov I.V., Napolskii K.S., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D.

Determination of optimal conditions for preparation of magnetic materials based on anodic alu-mina membranes // Rusnanotech’09, Moscow, 2009.

26. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Eliseev A.A., Grigoriev S.V., Petukhov A.V. Evolution of porous structure during formation of anodic alumina films: in-situ microradian XRD study // Rusnanotech’09, Moscow, 2009.

27. Росляков И.В., Напольский К.С. Калибровочные решетки на основе самоорганизующихся структур пористого оксида алюминия // IX Конференция молодых ученых «Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения: нанохимия, наноматериалы и нанотехнологии», Звенигород, 28. Росляков И.В. Формирование пространственно-упорядоченных магнитных наноструктур на основе пленок анодного оксида алюминия // Международный молодежный научный форум «Ломоносов», Москва, 2010.

29. Росляков И.В., Напольский К.С. Формирование пространственно-упорядоченных магнитных наноструктур на основе плёнок анодного оксида алюминия // Материалы ХХ Менделеевской конференции молодых учёных, Архангельск, 2010.

30. Roslyakov I.V., Napolskii K.S., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. Preparation of functional nanomaterials based on anodic alumina films // E-MRS 2010 Spring Meeting, Strasbourg, France, 2010.

31. Roslyakov I.V., Napolskii K.S., Kapitanova O.O., Romanchuk A.Yu., Eliseev A.A. The influence of metal microstructure on structure of anodic alumina films // Rusnanotech’10, Moscow, 2010.

32. Росляков И.В., Напольский К.С., Капитанова О.О., Романчук А.Ю., Елисеев А.А.

Влияние микроструктуры металла на структуру пористых плёнок анодного оксида алюминия // Х Конференция молодых учёных «Актуальные проблемы неорганической химии: наноматериалы и здоровье человека», Звенигород, 2010.

33. Росляков И.В. Влияние микроструктуры металла на структуру пористых плёнок анодного оксида алюминия // Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», Москва, 2011.

34. Roslyakov I.V., Napolskii K.S., Eliseev A.A., Petukhov A.V., Lukashin A.V., Grigoriev S.V. The Kinetics and Mechanism of Long-Range Pores Ordering in Anodic Alumina Films: a microradian X-ray diffraction study // 10th Summer School on Condensed Matter Research, Zug, Switzerland, 2011.

35. Росляков И.В., Напольский К.С., Елисеев А.А., Петухов А.В. Кинетика и механизм самоорганизации пористой структуры плёнок анодного оксида алюминия // Международная научная школа «Современная нейтронография: от перспективных материалов к нанотехнологиям», Дубна, 2011.

36. Росляков И.В., Петухов Д.И., Бойцова О.В., Напольский К.С. Разработка наноструктурированных чувствительных элементов планарных газовых сенсоров на основе пленок пористого оксида алюминия // Х Конференция молодых учёных «Актуальные проблемы неорганической химии: наноматериалы их исследование и модификация при помощи синхротронного излучения», Звенигород, 37. Росляков И.В., Напольский К.С., Елисеев А.А., Петухов А.В. Кинетика и механизм самоорганизации пористой структуры плёнок анодного оксида алюминия // XXIX всероссийский симпозиум молодых ученых по химической кинетике, Московская область, 2011.

38. Росляков И.В., Петухов Д.И., Бойцова О.В., Напольский К.С. Создание чувствительных элементов газовых сенсоров на основе пористых пленок анодного оксида алюминия // Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», Москва, 2012.

39. Росляков И.В., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Исследование кристаллических материалов методом дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD) // II конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, 2012.

литий-ванадийоксидных аккумуляторов Руководитель: к.х.н., н.с. Иткис Д.М.

Создание литий-ионных аккумуляторы, удельная энергия которых достигает 100 – 180 Втч/кг, явилось одной и главных причин, позволивших обеспечить столь бурное развитие портативной электроники, без которой сложно представить сегодняшнюю жизнь – мобильные телефоны, ноутбуки, планшетные компьютеры, аудиоплееры и др. Тем не менее, использование современных литий-ионных аккумуляторов для питания более мощных устройств (смартфонов, мощного электроинструмента, электромобилей) оказывается проблематичным из-за недостаточно высоких удельных характеристик. До сих пор улучшение характеристик литий-ионных источников тока осуществлялось в основном путем технологических усовершенствований, однако удельные характеристики таких аккумуляторов уже подошли к своим теоретическим пределам, и для дальнейшего совершенствования необходима разработка новых электрохимических систем и материалов.

В настоящей работе в качестве замены графитового отрицательного электрода предлагается металлический литий, удельная емкость которого (3860 мАч/г) более чем в 10 раз превосходит удельную емкость графита (370 мАч/г). Для решения проблемы дендритообразования, происходящего при переосаждении металлического лития в процессе заряда аккумулятора и приводящего к коротким замыканиям между электродами, в работе предпринят поиск полимерного электролита, который подавил бы рост дендритов. Предложена гель-полимерная система на основе сополимера поливинилиденфторида и политетрафторэтилена с добавлением тетраглима в качестве пластификатора и бис-трифторметилсульфонилимида лития (LiTFSI). Значения ионной проводимости, которые удалось достичь, составляют 10-5 См/см, с числом переноса Li+ 0.4.

В качестве альтернативы традиционным материалам положительного электрода (LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4), удельная емкость которых не превышает 200 мАч/г, предложено использовать наноструктурированный V2O5 (400 – 500 мАч/г). Оксид ванадия синтезировали методом гидротермальной обработки гидрогелей при 180оС. В процессе формирования геля в реакционную смесь добавляли LiNO3 · 3H2O и С2Н2ОН. Образующиеся после гидротермальной обработки кристаллы LixV2O5 (x = 0.5 – 1.0) обладают лентовидной морфологией и характеризуются средними значениями ширины и толщины 200 и 20 нм, соответственно (по данным АСМ). На основе анализа микрофотографий РЭМ реакционной смеси, извлеченной из автоклава на промежуточных этапах гидротермальной обработки, был предложен механизм роста лентовидных кристаллов, заключающийся в деламинации геля в результате уменьшения его мольного объема при отщеплении молекул воды.

Для создания материала положительного электрода на основе наноструктурированного LixV2O5 предложено использовать композиты с окисленным графитом.

Показано, что оптимальное содержание окисленного графита в материале 10 масс. %.

Полученный материал продемонстрировал крайне высокую удельную емкость мАч/г при токе 100 мА/г (С/4) и хорошую стабильность при циклировании (до циклов без потери емкости). Применение окисленного графита в качестве проводящей добавки дало возможность улучшить адгезию материала к токоснимающей основе электрода и уменьшить деградацию емкости, вызванную деламинацией активного материала.

Публикации студента:

1. Semenenko D.A., Kozmenkova A.Ya., Itkis D.M., Goodilin E.A., Kulova T.L., Skundin A.M., Tretyakov Yu.D. Growth of thin vanadia nanobelts with improved lithium storage capacity in hydrothermally aged vanadia gels // CrystEngComm, 2012, 14, c. 1561Козьменкова А.Я., Семененко Д.А., Иткис Д.М., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Гудилин Е.А., Третьяков Ю.Д. Новые анизотропные наноструктурированные материалы на основе оксида ванадия для положительных электродов литий-ионных аккумуляторов // II международная научная конференция «Наноструктурные материалы-2010: Беларусь-Россия-Украина», 2010, c. 836.

3. Козьменкова А.Я., Семененко Д.А., Иткис Д.М., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Гудилин Е.А., Третьяков Ю.Д. Новые анизотропные наноструктурированные материалы на основе оксида ванадия для положительных электродов литий-ионных аккумуляторов // Х Конференция молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: наноматериалы и здоровье человека», 2010, c. 33.

Электронное строение химически модифицированных Руководитель: к.х.н., доц. Елисеев А.А., консультант: д.х.н. Яшина Л.В.

Графен – моноатомный слой sp2-гибридизованных атомов углерода – обладает рядом уникальных физических свойств, которые могут найти применение в электронике будущего – транзисторы, прозрачные электроды, устройства на основе жидких кристаллов, суперконденсаторы и пр.

В данной работе были синтезированы образцы «квази-свободного» графена (quasi-free-standing graphene) и N-графена методом CVD. На первой стадии на полированный монокристалл W(111) методом молекулярно лучевой эпитаксии осаждалась пленка Ni(111) толщиной ~80, на которой затем, в результате крекинга пропилена, или триазина, формировался монослой графена, или N-графена, соответственно. Для уменьшения взаимодействия графена с подложкой проводилось осаждение монослоя золота с последующей интеркаляцией под графен, что приводило к сдвигу C1s компоненты графена на 0.7 эВ в сторону меньших энергий связи. Полученные образцы графена были исследованы методами дифракции медленных электронов (LEED) на каждой стадии синтеза, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES) и спектроскопии поглощения (NEXAFS), которые свидетельствуют о монослойном эпитаксиальном росте графена [графен/1ML Au/Ni(111)/W(110)].

В ходе работы было исследовано влияние легирования, как донорного, так и акцепторного, на электронную структуру графена. Донорное легирование осуществлялось напылением атомами щелочных металлов (Li@графен, K@графен) в сверхвысоковакуумных условиях с последующей интеркаляцией, а также путем внедрения атомов азота непосредственно в решетку в процессе роста графена (N-графен). Исследование методом ARPES позволило изучить зонную структуру вблизи точки K зоны Бриллюэна и определить смещения уровня Ферми в результате легирования, которые составили 1,4 эВ для K@графена, 0,3 эВ для N-графена, 1,5 эВ для K@N-графена, 1, эВ для Li@N-графена. Акцепторное дописрование графена осуществляли нанесением тонкого слоя (~20) CuBr, что приводило к сдвигу C1s компоненты графена на 0.3 эВ в сторону меньшей энергии связи. Кроме того было выявлено отсутствие химического связывания графена с квазидвумерным кристаллом СuBr, характерное для квазиодномерных кристаллов выращенных в каналах одностенных углеродных нанотрубок, которое появляется вследствие частичной гибридизации Cu3d – и C2pz – орбиталей в результате координационной ненасыщенности атомов меди в одномерных кристаллах.

Публикации студента:

1. Chernysheva M.V., Kiseleva E.A., Verbitskii N.I., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Y.D., Savilov S.V., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Kumskov A.S., Krestinin A.V., Hutchison J.L. The electronic properties of SWNTs intercalated by electron acceptors // Physica E-Low-Dimensional Systems & Nanostructures, 2008, 40, 2. Eliseev A.A., Chernysheva M.V., Verbitskii N.I., Kiseleva E.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Zakalyukin R.M., Krestinin A.V., Hutchison J.L. Chemical reactions within single-walled carbon nanotubes channels // Chemistry of materials, 2009, 21, p.5001- 3. Eliseev A.A., Yashina L.V., Brzhezinskaya M.M., Chernysheva M.V., Kharlamova M.V., Verbitsky N.I., Lukashin A.V., Kiselev N.A., Kumskov A.S., Zakalyuhin R.M., Hutchison J.L., Freitag B., Vinogradov A.S. Structure and electronic properties of AgX (X = Cl, Br, I)–intercalated single-walled carbon nanotubes // Carbon, 2010, V.48, Issue 10, pp 2708Eliseev A.A., Yashina L.V., Verbitskiy N.I., Brzhezinskaya M.M., Kharlamova M.V., Chernysheva M.V., Lukashin A.V., Kiselev N.A., Kumskov A.S., Freitag B., Generalov A.V., Vinogradov A.S., Zubavichus Y.V., Kleimenoм E., Nachtegaal M. Interaction between single walled carbon nanotube and 1D crystal in CuX@SWCNT (X=Cl, Br, I) nanostructures // Carbon, 2012, DOI: 10.1016/j.carbon.2012.04. 5. Киселев Н.А., Елисеев А.А., Куршева В.В., Вербицкий Н.И., Кумсков А.С. Вячеславов А.С., Хатчисон Дж. Диод на основе одностенной углеродной нанотрубки и способ его изготовления // Патент РФ №2414768, 20.03. 6. Chernysheva M.V., Eliseev A.A., Kiseleva E.A., Verbitskii N.I., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Savilov S.V., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Kumskov A.S., Krestinin A.V., Hutchison J.L. 1D nanocrystal growth in the channels of single-walled carbon nanotubes.

// E-MRS 2007 Spring Meeting, Symp. M, Strasbourg, France, 2007, M/P2.14 22, p.MEliseev A.A., Chernysheva M.V., Kiseleva E.A., Verbitskii N.I., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Savilov S.V., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Kumskov A.S., Krestinin A.V., Hutchison J.L. Growth of one-dimensional nanocrystals in the channels of single-walled carbon nanotubes // International Conference on Materials for Advanced Technologies, ICMAT 2007, Symp. M, Singapore, 2007, p. a2490, MA-2-OR5.

8. Chernysheva M.V., Verbitskii N.I., Kiseleva E.A., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Savilov S.V., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Kumskov A.S., Krestinin A.V., Hutchison J.L. Impact of 1D nanocrystals grown in the channels of SWNTs on electronic properties of obtained nanostructures // 8th Biennial International Workshop «Fullerenes and Atomic Clusters», IWFAC’2007, Saint-Petersburg, Russia, 2007, p. 273, P223.

9. Вербицкий Н.И., Елисеев А.А., Киселева Е.А. Заполнение одностенных углеродных нанотрубок халькогенами (S, Se, Te) и сульфидами Cd и Pb // Материалы XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 11-14 апреля 2007.

10. Вербицкий Н.И., Киселева Е.А. Чернышева М.В, Елисеев А.А., Лукашин А.В., Третьяков Ю.Д. Формирование одномерных структур халькогенов (S, Se, Te) и сульфидов (CdS, PbS) во внутреннем канале одностенных углеродных нанотрубок. // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Москва, 2007, том 2, стр.161.

11. Чернышева М.В, Вербицкий Н.И., Киселева Е.А., Елисеев А.А., Лукашин А.В., Третьяков Ю.Д., Савилов С.В., Киселев Н.А., Жигалина О.М., Кумсков А.С., Крестинин А.В., Хатчисон Дж. Синтез одномерных кристаллов в каналах одностенных углеродных нанлтрубок // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Москва, 2007, том 2, стр.601.

12. Chernysheva M.V., Eliseev A.A., Kiseleva E.A., Verbitskii N.I., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Kumskov A.S., Krestinin A.V., Hutchison J.L.

Synthesis and investigation of SWNTs intercalated by electron-donors and acceptors // GDR-I Nano-I Annual Meeting on Science and Applications of Nanotubes, Autrans, France, 2007, P. I-7.

13. Вербицкий Н.И., Чернышева М.В. Метод рамановской спектроскопии: исследование электронной структуры композитов MX@ОСУНТ (M=Cd, Zn, Pb; Х=S, Se, Te) // Материалы XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, 2007.

14. Вербицкий Н.И. Исследование физических свойств одностенных углеродных нанотрубок в аморфной оболочке пироуглерода (ОСНТ@ПУ) и интеркаляции иодидов Cu и Pb в их внутренние каналы // XVIII Менделеевский конкурс студентов-химиков, Белгород, 15. Verbitskii N.I., Chernysheva M.V., Kiseleva E.A., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Krestinin A.V., Hutchison J.L. Raman Spectroscopy: the Electronic Structure of Nanocomposites AB@SWNT (A=Cd, Zn, Pb, B=S, Se, Te) // 3rd International Symposium «Detonation Nanodiamond: Technology, Properties and Applications», 2008, St Petersburg, Russia, P 16. Eliseev A.A., Kharlamova M.V., Verbitskii N.I., Yashina L.V., Kiselev N.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. The Investigation of Electronic Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes Filled with Nanocrystals of Transition Metal Halogenides // E-MRS Spring Meeting, 2010, Strasbourg, France 17. Verbitskii N.I., Eliseev A.A., Vyacheslavov A.S., Tretyakov Yu.D. The Investigation of Single-walled Carbon Nanotubes Filled with Nanocrystals of Silver and Copper Halides // Rusnanoforum’10, 2010, Moscow, Russia Структура и свойства композитов на основе полиакрилонитрила и многостенных углеродных нанотрубок Руководитель: к.х.н., с.н.с. Беркович А.К.

В настоящее время создание новых прекурсоров для углеродного волокна с улучшенными свойствами привлекает всё большее внимание исследователей. Так было показано, что армирование волокон полиакрилонитрила одностенными углеродными нанотрубками (ОСУНТ) приводит к значительному улучшению свойств. Композитные волокна обладают высокой прочностью, электропроводностью, низкой плотностью, инертностью к растворителям, термической стабильностью и низким коэффициентом усадки, что делает данный материал перспективным прекурсором для создания углеродного волокна. Однако синтез ОСУНТ сопряжен со значительными трудностями, которые делают материал на их основе слишком дорогостоящим. В свою очередь многостенные углеродные нанотрубки (МСУНТ) более доступны, дешевы, менее токсичны и лишь немногим уступают ОСУНТ в качестве армирующего материала.

Целью данной работы стало получение и исследование композитов на основе полиакрилонитрила и многостенных углеродных нанотрубок.

В рамках работы были получены и исследованы композитные плёнки ПАН/МСУНТ различного состава (0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 2 и 2.4 масс. % МСУНТ). Было показано, что введение многостенных углеродных нанотрубок приводит к изменению структуры материала, что оказывает существенное влияние на процесс термической стабилизации ПАН. Заметное снижение степени кристалличности образцов, увеличение размеров аморфных областей и понижение суммарного теплового эффекта процесса термической стабилизации положительно сказывается как на равномерности протекания реакций, так и на выходе целевого продукта.

Самым перспективным представляется материал, содержащий 0,75 масс. % углеродных нанотрубок, наиболее ярко демонстрирующий все эффекты при минимальном содержании наполнителя.

Публикации студента:

1. Чеботаева Г.С., Беркович А.К., Сергеев В.Г. Исследование свойств композитов на основе полиакрилонитрила и многостенных углеродных нанотрубок // XIX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2012.

2. Kolesnik I.V., Chebotaeva G.S,, Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. Optical and photocatalytic properties of N-doped mesoporous titanium oxide // E-MRS Spring Meeting, Strasbourg, France, 2009, Symposium E, P3-69.

3. Kolesnik I.V., Chebotaeva G.S., Ovchinnikov A.V., Chernik A.A., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. Mesoporous titanium oxide and related nanocomposites for catalytic applications // NANO-2009, Yekaterinburg, 2009, p. 334.

4. Вячеславов А.С., Лукацкая М.Р., Чеботаева Г.С., Елисеев А.А., Лукашин А.В., Третьяков Ю.Д. Магнитные нанокомпозиты на основе микро- и мезопористых алюмосиликатов// 3-я всероссийская конференция по наноматериалам «НаноЕкатеринбург, 2009.

5. Чеботаева Г.С., Колесник И.В. Модификация оптических свойств мезопористого оксида титана при обработке гидразином // XIX Менделеевский конкурс студентов-химиков, 2009, Санкт-Петербург.

6. Чеботаева Г.С., Колесник И.В. Модификация оптических свойств мезопористого оксида титана при обработке гидразином // XVI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2009, Москва.

7. Чеботаева Г.С., Колесник И.В. Модификация оптических свойств мезопористого оксида титана при обработке гидразином // Первый международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech’08, 2008, Москва.

8. Вячеславов А.С., Чеботаева Г.С., Лукацкая М.Р., Елисеев А.А., Третьяков Ю.Д.

Магнитные нанокомпозиты на основе микро- и мезопористых алюмосиликатов // Первый международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech’08, 2008, Москва.

9. Чеботаева Г.С., Вячеславов А.С. Исследование химического и фазового состава нанокомпозитов Fe/MCM-41, Co/MCM-41 и FexCoy/MCM-41// XV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2008, Москва.

10. Чеботаева Г.С., Вячеславов А.С. Синтез наночастиц в порах MCM-41// XIV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2007, Москва.

Исследование фотолюминесцентных свойств коллоидных растворов нанокристаллов кремния Руководители: д.ф.м.н. проф. Тимошенко В.Ю., м.н.с. Гонгальский М.Б.

Наноструктурированные полупроводники являются одним из объектов пристального внимания ученых всего мира. Наиболее широко распространенным полупроводником, использующемся в производстве является кремний. Так как кристаллический кремний является непрямозонным полупроводником, вероятность поглощения и испускания квантов света с энергией близкой к ширине запрещенной зоны мала.

Однако кремний в виде наночастиц люминесцирует, причем квантовый выход фотолюминесценции (ФЛ) может достигать 50-70%. Причины столь эффективной ФЛ связаны с пространственным ограничением носителей заряда в нанокристаллах, что приводит к образованию метастабильных экситонов. Однако, применение таких нанокристаллов осложняется низкой стабильностью их люминесцентных свойств, а также получения стабильных водных суспензий. Способы стабилизации коллоидов кремниевых наночастиц, а также методы их получения изучены пока недостаточно подробно. Целью нашей работы является получение и стабилизация люминесцирующих дисперсий наночастиц кремния, полученных различными способами.

Кремниевые наночастицы были получены тремя методами: методом электрохимического травления монокристалла кремния в плавиковой кислоте, методом восстановления тетрабромсилана металлическим натрием в глиме и методом лазерной абляции кремния в инертной атмосфере. Для модификации использовались образцы, полученные травлением. Модификация поверхности проводилась двумя способами:

1) взаимодействие с непредельным углеводородом (октодеценом) при активации светом, что давало образование Si-C связей на поверхности наночастиц; 2) покрытие частиц биосовместимым сополимером молочной и гликолиевой кислот (PLGA). Структура образцов исследовалась с помощью растровой и просвечивающей электронной микроскопии, удельная площадь поверхности и размер пор определялись методом низкотемпературной адсорбции азота. Для анализа поверхности модифицированных частиц использовался метод ИК-спектроскопии. При измерении спектров фотолюминесценции пористого кремния возбуждение проводилось лазерным излучением с длинами волн 337, 364 и 532 нм.

В результате измерений было обнаружено, что при покрытии частиц PLGA происходит стабилизация водных суспензий наночастиц. При этом происходит разгорание фотолюминесценции. Обнаружено изменение спектров ФЛ со временем при выдерживании частиц, стабилизированных катионами ионной жидкости, на воздухе. Это указывает на отсутствие химической стабильности поверхности наночастиц. Установлено, что стабильные коллоиды получаются в октодецене. Изменение времен релаксации фотолюминесценции после возбуждения лазерным импульсом указывает на увеличение времени жизни экситонов в нанаочастицах, а значит на уменьшение числа дефектов на их поверхности.

Таким образом, в работе найдены способы получения стабильных люминесцирующих коллоидов кремниевых наночастиц.

Публикации студента:

1. Исмагилов Р.Р., Образцов А.Н., Харин А.Ю., Швец П.В. Безкаталитический синтез углеродных нанотрубок плазмохимическим осаждением // Журнал Кристаллография, 2010, 55, №3.

2. Gongalsky M.B., Kharin A.Yu., Zagorodskikh S.A., Osminkina L.A., Timoshenko V.Yu.

Photosensitized generation of singlet oxygen in porous silicon studied by simultaneous measurements of luminescence of nanocrystals and oxygen molecules // Journal of Applied Physics., 2011, 110, 013707.

3. Shestakov M.V., Baranov A.N., Tikhomirov V.K., Zubavichus Y.V., Kuznetsov A.S., Veligzhanin A.A., Kharin A.Yu., Rsslhuber R., Timoshenko V.Yu., Moshchalkov V.V.

Energy-transfer luminescence of zinc oxide/ ytterbium oxide nanocomposite // RSC advances, 2012, submitted.

4. Харин А.Ю. Получение и исследование биосовместимых кремниевых наночастиц со стабильными фотолюминесцентными свойствами // XI Конференция молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: наноматериалы, их исследование и модификация при помощи синхротронного излучения», 2011, с 5. Харин А.Ю., Гонгальский М.Б., Тимошенко В.Ю. Получение и исследование кремниевых нанокристаллов как фотосенсибилизаторов генерации синглетного кислорода // IX Конференция молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: наноматериалы и здоровье человека», 2010, с.28.

6. Харин А.Ю. Получение и исследование биосовместимых кремниевых наночастиц со стабильными фотолюминесцентными свойствами // IV Всероссийская школасеминар студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению развития ННС «Нанобиотехнология», 2011, с. 93.

7. Timoshenko V.Yu., Osminkina L.A., Gongalsky M.B., Kharin A.Yu., Tamarov K.P., Sviridov A.P., Galkin R.A., Andreev V.G., Solovyev V.V., Kudryavtsev A.A. Porous silicon for theranostic applications: bioimaging, photo- and sonosensitizations // PSSTPorous Semiconductors - Science and Technology Conference.

8. Gongalsky M.B., Kharin A.Yu., Korolev S.A., Osminkina L.A., Timoshenko V.Yu. Investigation of the photoluminescent stability of si nanoparticles in aqueous suspensions // PSST-2012, Porous Semiconductors - Science and Technology Conference.

Рост из газовой фазы и исследование эпитаксиальных гетероструктур, включающих оксиды со структурой перовскита Руководитель: к.х.н., доц. Самойленков С. В.

Актуальной задачей современного материаловедения является разработка эффективных подходов к получению токонесущих ВТСП-лент 2-го поколения. В настоящее время эти проводники, основанные на сверхпроводимости соединений RBa2Cu3O7- (R – редкоземельный элемент), оказываются существенно дороже проводов из низкотемпературных сверхпроводников (Nb-Ti, Nb3Sn) и ВТСП-лент 1-го поколения на основе Bi-содержащих ВТСП. Уменьшение количества стадий создания ВТСП-провода 2-го поколения и их удешевление, при сохранении высоких критических характеристик провода является достойной материаловедческой задачей.

ВТСП-провод 2-го поколения представляет собой многослойное текстурированное покрытие на металлической ленте. Термодинамическая несовместимость металлической подложки из никелевого сплава со слоем сверхпроводника, содержащим медь в высокой степени окисления, обуславливает необходимость использования промежуточного (буферного) слоя. Проблема выбора оптимального буферного слоя или композиции буферных слоев, а также метода их нанесения, крайне актуальна. Благодаря своей простоте, архитектура буферных слоев AMO3-/MgO (А – La, Ba; M = Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) представляется перспективной, так как слой MgO препятствует окислению подложки кислородом, а кристаллическая ячейка перовскитного слоя AMO3сходна ячейкой соединений RBa2Cu3O7- как по структуре, так и по значению параметра кристаллической ячейки. Это соответствие способствует эпитаксиальному росту слоя ВТСП.

Целью данной работы является исследование особенностей роста методом MOCVD эпитаксиальных пленок AMO3- на (001)MgO/(001)NiCrW. В качестве буферных слоев для ВТСП состава YBa2Cu3O7 синтезированы как чистые пленки состава AMO3- (А = La, Ba;M = Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) так и ряд твердых растворов на их основе.

Эксперименты по осаждению пленок AMO3 проводили при температурах: T = 630-850oC, давлении p = 10 мбар, потоках Ar 15 л/ч и O2 7,5 л/ч. Состав и структура пленок всесторонне исследовались методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа, рентгеновской дифракции, атомно-силовой микроскопии и дифракции обратно рассеянных электронов.

Большинство синтезированных пленок состава LaMO3- (M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni), BaFeO3-, а также твердых растворов LaCoO3--LaAlO3, LaCoO3--LaFeO3-, LaFeO3LaAlO3, LaFeO3--BaFeO3-, являются преимущественно (001)ориентированными, согласно данным рентгенофазового анализа и дифракции обратно отраженных электронов. В частности, в работе показано, что параметр псевдокубической ячейки соединений состава LaCoxFe1-xO3 изменяется линейно в интервале 3,80при сохранении высокой текстуры полученных пленок. Получены твердые растворы в системе LaMO3--LaAlO3 (M = Co,Fe), что позволило получить слои близкие по характеристикам к LaAlO3 при относительно низких температурах роста. Показано, что микроструктура пленок твердых растворов La1-xBaxFeO3- сильно зависит от состава, а образование наиболее гладких покрытий наблюдается при уровне замещения вблизи х = 0.2. Также, нами было показано, что тонкие пленки LaCoO3- разлагаются в условиях синтеза пленок ВТСП (Т = 820оС, р(О2) = 1.2 мбар).

На полученные буферные слои AMO3-/MgO(А – La, Ba; M = Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) осаждены эпитаксиальные пленки сверхпроводника YBa2Cu3O7 с высокой степенью текстуры и сверхпроводящими свойствами.

Публикации студента:

1. Адаменков А.А. Рост из газовой фазы и исследование тонких пленок со структурой перовскита на (001)MgO // XI конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современной неорганической химии: наноматериалы, их исследование и модификация при помощи синхротронного излучения», 2011, с.1.

2. Адаменков А.А. Рост из газовой фазы и исследование эпитаксиальных гетероструктур, включающих оксиды со структурой перовскита // XIX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2012, с.1.

3. Адаменков А.А. Рост из газовой фазы и исследование тонких пленок со структурой перовскита на (001)MgO // X конференция молодых ученых «Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения: наноматериалы и здоровье человека» 2010, с.1.

4. Адаменков А.А Growth and investigation of perovskite thin films epitaxially grown on (001)MgO // Rusnanotech’10, Moscow, Russia, 2010.

5. Адаменков А.А. Рост из газовой фазы и исследование тонких пленок соединений со структурой перовскита на (001) MgO // XVIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2011, с.2.

6. Адаменков А.А. Исследование особенностей роста оксидных материалов для новых сверхпроводниковых лент методом химического осаждения из паровой фазы (MOCVD) // IX конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения: нанохимия, наноматериалы и нанотехнологии», 2009, с.9.

7. Адаменков А.А. Рост из газовой фазы и исследование тонких пленок соединений со структурой перовскита на (001) MgO // XVII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2010, с.2.

Формирование металлических наноструктур при рентгеновском облучении растворов и гелей полиэлектролитов Руководитель: д.х.н., с.н.с. Зезин А.А.

Полимерные системы, содержащие наночастицы металлов, являются материалами с уникальными каталитическими и электрофизическими свойствами. Свойства нанокомпозитных материалов определяются размерами наночастиц и их пространственным распределением в образце. Поэтому разработка методов получения нанокомпозитов с заданной структурой представляет высокую актуальность. В последние годы для синтеза наночастиц контролируемого размера широко применяются методы восстановления ионов металлов в полимерных суспензиях, мицеллярных растворах блоксополимеров и растворах разветвленных макромолекул.

Целью работы было исследование возможностей использования радиационнохимических методов для получения нанокомпозитных материалов на основе полимерных систем различного типа. Преимуществом этих методов является возможность контролировать процессы восстановления, варьируя параметры облучения. Задачи работы состояли в получении экспериментальной информации об особенностях формирования наночастиц меди в растворах и гелях полиэлектролитов при действии рентгеновского излучения.

Для исследования условий, контролирующих соотношение процессов генерации и роста наночастиц и их пространственной организации, были использованы следующие системы: растворы линейных и звездообразных макромолекул полиакриловой кислоты (ПАК), мицеллярные растворы блок-сополимера ПАК-полистирол (ПС), суспензии на основе полиаллиламина и ПАК и гидрогели на основе ПАК и полиэтиленимина (ПЭИ). Восстановление ионов металлов и получение наночастиц проводили с использованием рентгеновского излучения. Полученные образцы исследовали методами оптической и ЭПР-спектроскопии, просвечивающей и атомно-силовой микроскопии, методом динамического светорассеяния и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Действие рентгеновского излучения с максимальной энергией от 20 до 33 кэВ приводит к формированию металлических наноструктур в полимерных системах на основе полиакриловой кислоты. Растворы звездообразных макромолекул ПАК обеспечивают получение наночастиц с относитильно узким распределением по размерам, при этом размеры наночастиц определяются молекулярной массой ПАК (в макромолекулах с 5 лучами образуются наночастицы размером 1-1.4 нм, а в макромолекулах с лучом 1.6-2.8 нм). В блок сополимерах ПАК-ПС наблюдаются микрофазные структуры, генерированные наночастицы локализованы в микродоменах ПАК. В пленках интерполиэлектролитных комплексов ПАК-ПЭИ наблюдалось образование наночастиц в приповерхностном слое пленки. Размер частиц варьировался от 5 до 70 нм и определялся дозой облучения и параметрами рентгеновского излучения.

Показано, что действие рентгеновского излучения приводит к эффективному восстановлению ионов меди и формированию наночастиц в растворах, суспензиях и гидрогелях ПАК. Получены композиты с различным пространственным распределением наночастиц в полимерной матрице. Установлено, что разбавленные растворы звездообразных макромолекул ПАК и мицеллярные растворы блок-сополимеров могут выступать как микроконтейнеры для сборки металлических наночастиц.

Публикации студента:

1. De V.V., Pomerantseva E.A., Filippov Ya.Yu., Goodilin E.A., Tretyakov Yu.D. Thermal stability of a protonated form of Ba6Mn24O48 tunnel phase // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology, 2008, No. 1 (57), P. 34-38.

2. De V.V., Pomerantseva E.A., Grigorieva A.V., Skundin A.M., Goodilin E.A., Tretyakov Yu. D. Synthesis, chemical modification and electrochemical behavior of layered sodium manganese dioxide // Mendeleev Commun., 2009, V. 19, No. 4, P. 187-189.

3. Дё В.В., Померанцева Е.А., Григорьева А.В., Гудилин Е.А. Получение нанотрубок MnO2 и исследование их электрохимических характеристик // XV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2008.

4. Дё В.В. Формирование наночастиц при радиационно-химическом восстановлении ионов меди и серебра в полимерных системах на основе полиакриловой кислоты и поливинилового спирта // XVII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2010.

5. Дё В.В., Зезин А.А., Фельдман В.И., Белопушкин С.И. Формирование наночастиц меди при радиационно-химическом восстановлении ионов меди в разбавленных растворах звездообразных макромолекул полиакриловой кислоты // Вторая Всероссийская школа-конференция для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты, 2010, P. 86.

6. Дё В.В., Жукова А.А., Зезин А.А. Формирование наночастиц при радиационнохимическом восстановлении ионов меди и серебра в полимерных системах на основе полиакриловой кислоты и поливинилового спирта // Баховские чтения по радиационной химии, 2010, с. 10.

7. Дё В.В., Зезин А.А., Фельдман В.И., Белопушкин С.И., Данченко А.В. Формирование наноструктур при радиационно-химическом восстановлении ионов металлов в полимерных системах на основе полиакриловой кислоты // Третья Всероссийская школа-конференция для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты, 2011, с.55.

Управление микроструктурой сферических частиц диоксида титана с использованием термической Руководитель: к.х.н., доц. Гаршев А. В.

Уникальные физико-химические свойства диоксида титана позволяют использовать этот материал при создании фотонных кристаллов, электродов для аккумуляторов и солнечных батарей, в качестве катализаторов и фотокатализаторов, материала сорбентов колонок жидкостной хроматографии. Каждое из направлений применения накладывает ограничения на микроструктурные характеристики диоксида титана, которые в свою очередь определяют эффективность того или иного применения. К примеру, для применения материала в качестве высокоэффективных сорбентов к материалу предъявляют следующие требования: частицы должны обладать сферической формой, отклонение от среднего размера частиц не должно превышать 20-30%, материал должен обладать высокой удельной площадью поверхности (более 50 м2/г), развитой пористой структурой с размером пор от 5 до 50 нм и активной поверхностью.

Таким образом, целью настоящей работы является получение сферических частиц диоксида титана заданного размера с требуемым размером составляющих их кристаллитов при сохранении высоких значений удельной площади поверхности. Для достижения поставленной цели нами было определено влияние температурной и гидротермальной обработки на размеры и фазовый состав кристаллитов, формирующих сферические частицы диоксида титана; определены скорости кристаллизации аморфного материала сферических частиц при изотермических выдержках; установлены зависимости размеров и фазового состава кристаллитов от состава сольвата и условий гидротермальной обработки.

Синтез сферических частиц осуществлялся по реакции гидролиза н-бутилата титана в среде абсолютированного этилового спирта. Полученные таким образом сферические частицы гидратированного оксида титана, затем подвергали термической или гидротермальной обработке. Все полученные образцы анализировали методами РЭМ, ПЭМ, РФА, ДСР, ТГА. Необработанные образцы обладают удельной площадью поверхности 250 м2/г и средним размером пор менее 3 нм. Варьируя параметры синтеза мы получали сферические частицы размером от 150 нм до 5 мкм, с распределением частиц по размерам от 8 до 50%. В случае термической обработки кристаллизация диоксида титана сопровождается потерей воды и определяется кинетическими параметрами этого процесса, зависит от скорости нагрева и времени термообработки. Так, при температуре 275°С образование фазы анатаза фиксируется РФА после выдержки в течение 12 ч, а при повышении температуры до 350°С кристаллизация происходит непосредственно в процессе нагрева до указанной температуры. Термообработка позволяет регулировать размер ОКР материала в пределах 15-50 нм, при сохранении внешне гладкой поверхности сферических частиц и неконтролируемым распределением пор по размеру. Гидротермальную обработку проводили в водной, водно-спиртовой, водно-аммиачной или водно-спиртово-аммиачной среде. В этом случае сферические частицы сформированы кристаллитами со структурой фаз анатаза и брукита. Сферические частицы после гидротермальной обработки сохраняют высокую удельную площадь поверхности при размерах кристаллитов от 4 до 15 нм.

Изучение микроструктуры материалов после гидротермальной обработки позволяет предполагать, что при варьировании среды и времени гидротермальной обработки можно контролируемо формировать агрегаты сферической формы с заданным размером кристаллитов и высокими значениями удельной площади поверхности.

Публикации студента:

1. Smirnov E. A., Meledina M. A., Garshev A. V., Chelpanov V. I., Frost S., Wieneke J. U., Ulbricht M. Grafting of titanium dioxide microspheres with temperature responsive polymer via surface-initiated atom transfer radical polymerization without use of silane coupling agents // Polymer International, подготовлено к печати.

2. Матвеева М. А., Смирнов Е. А., Челпанов В. И., Гаршев А. В. Синтез и свойства субмикронных сферических частиц диоксида титана с высокими значениями площади удельной поверхности// 8 Курчатовская молодежная научная школа, Москва, 2010.

3. Garshev A. V., Smirnov E. A., Chelpanov V. I., Matveeva M. A. Synthesis and properties of equigranular spherical TiO2 // Second Japanese-Russian young scientists conference on nano-materials and nano-technology, Japan, 2010.

4. Матвеева М.А., Гаршев А.В. Изучение свойств микросфер диоксида титана, полученных в процессе гидролиза бутилата титана в растворах этиловый спирт- вода // XX Менделеевская конференция молодых ученых, 2010, с. 5. Матвеева М.А., Смирнов Е.А., Челпанов В.И., Гаршев А. В. Изучение свойств микросфер диоксида титана, полученных в процессе гидролиза в неводных растворителях // XVII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», 2010.

6. Smirnov E.A., Matveeva M.A., Chelpanov V.I., Garshev A.V. Synthesis and properties of titania microspheres consisted of nanoparticles with high specific surface area // EMRS 2011 Spring Meeting, France, 2011.

7. Smirnov E.A., Matveeva M.A., Chelpanov V.I., Garshev A.V. Titania spherical particles with high specific surface area: preparation and properties // XI International Conference on Nanostructured Materials NANO, Rhodes, Greece, 8. Гаршев А.В., Челпанов В.И., Матвеева М.А., Смирнов Е.А. Получение монодисперсных микросфер диоксида титана методом гидролиза н-бутилата титана и изучение их свойств // Четвертая всероссийская конференция по наноматериалам «НАНО 2011», Москва, 2011.

9. Матвеева М. А., Смирнов. Е. А., Челпанов В. И., Гаршев А. В. Синтез и исследование свойств сферических частиц диоксида титана с высокой удельной площадью поверхности // XI конференция молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: наноматериалы, их исследование и модификация при помощи синхротронного излучения», Звенигород, 10. Смирнов Е.А., Матвеева М.А., Челпанов В.И., Гаршев А.В. Сферические частицы диоксида титана с высокой площадью удельной поверхности: получение и свойства // XVIII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», Москва, 2011.

Влияние эрбия на морфологию и оптические свойства коллоидных квантовых точек CdSe Руководитель: к.х.н., с.н.с. Дорофеев С.Г.

Коллоидные квантовые точки (ККТ) представляют собой наночастицы полупроводника, покрытые слоем поверхностно-активного вещества. Благодаря своим уникальным оптическим свойствам, они могут находить широкое применение в качестве биологических меток и использование в оптоэлектронных устройствах. Легирование квантовых точек переходными и редкоземельными элементами позволит модифицировать их оптические свойства. Так, максимум люминесценции иона эрбия приходится на длину волны 1,55 мкм, что соответствует второму окну прозрачности в устройствах оптоволоконной связи. Но в силу того, что ионы эрбия обладают малым коэффициентом экстинкции, то помещение эрбия в квантовую точку, обладающую сильной поглощающей способностью, значительно усиливает излучение атомов эрбия.

Целью работы было выявить влияние эрбия на оптические свойства и морфологию квантовых точек CdSe. Задачей работы были разработка метода синтеза квантовых точек с примесью эрбия, выявления состояния нахождения эрбия и влияние его на оптические свойства коллоидных квантовых точек.

Квантовые точки были синтезированы методом горячего инжектирования триоктилфосфинселенида в раствор, содержащий прекурсоры эрбия и кадмия. В качестве прекурсоров были использованы олеат и гексадекантиолят эрбия и кадмия. Варьировалось количество вводимого прекурсора эрбия, а также температура синтеза. Полученные точки были стабилизированы олеиновой кислотой и образовывали устойчивые коллоидные растворы в неполярных растворителях.

Замечено существенное изменение спектра люминесценции квантовых точек, легированных эрбием по сравнению с нелегированными. С увеличением содержания эрбия в растворе у образцов происходит уменьшение интенсивности экситонной люминесценции в видимой области спектра, при этом увеличивается интенсивность ИКполосы излучения, связанная с дефектами. Также наблюдается скачкообразное расщепление экситонного пика при росте содержания эрбия. По данным просвечивающей электронной микроскопии образцы, полученные при добавлении небольших количеств эрбия, не отличаются по форме частиц от образцов нелегированного CdSe. Однако при концентрации эрбия свыше 10% относительно кадмия наблюдается образование тетраподных частиц. По-видимому, происходит блокирование определенных граней растущих точек примесью, в то время как другие грани продолжают свой рост. По данным EXAFS и XANES спектроскопии можно предположить, что ионы эрбия находятся на поверхности наночастиц, окруженные атомами кислорода.

Выявлено влияние эрбия на морфологию и оптические свойства наночастиц.

Повышенные концентрации эрбия вызывают рост тетраподных наночастиц, при этом эрбий адсорбируется на поверхности квантовой точки. Эрбий значительно изменяет характер люминесценции квантовых точек.

Публикации студента:

1. Дорофеев С.Г., Лебедев А.И., Случинская И.А., Ерко А., Золотых А.Н., Котин П.А.

Локальное окружение и зарядовое состояние атомов галлия и эрбия в легированных квантовых точках CdSe // VIII национальная конференция «Рентгеновское синхротронное излучения, нейтроны и электроны для исследования наносистем и материалов. Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии», 2011.

2. Дорофеев С.Г., Золотых А.Н., Целиков Г.И. Длинноволновая люминесценция нанокристаллов CdSe, вызванная примесью эрбия // Международная молодежная научно-техническая конференция «Люминесцентные процессы в конденсированных средах», 2011, с. 54.

3. Дорофеев С.Г., Золотых А.Н. Синтез и исследование свойств коллоидных квантовых точек Cd(Er)Ee и Cd(Er,Cu)Se // V всероссийская конференция студентов и аспирантов «Химия в современном мире», 2011, с. 215.

4. Дорофеев С.Г., Золотых А.Н., Целиков Г.И. Синтез коллоидных квантовых точек CdSe легированных эрбием // IV всероссийская конференция по наноматериалам «Нано-2011», 2011, с. 58.

5. Дорофеев С.Г., Винокуров А.А., Знаменков К.О., Кузнецова Т.А., Тананаев П.Н., Золотых А.Н., Бубенов С.С., Доценко А.С., Котин П.А., Мордвинова Н.Е., Сачкова Т.Ю. Коллоидные нанокристаллы легированных полупроводников // IV всероссийская конференция по наноматериалам «Нано-2011», 2011, с. 28.

6. Дорофеев С.Г., Золотых А.Н. Синтез и исследование свойств коллоидных квантовых точек Cd(Er)Se и Cd(Er,Cu)Se // XVIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011», 2011.

7. Золотых А.Н., Чижов А.С., Яценко О.Б., Гидрохимический синтез высокодисперсных халькогенидных композиций и создание на их основе высокоэффективных фото- и термоэлектрических преобразователей // VII Всероссийская конференция - школа «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении», 2009, с.375.

8. Яценко О.Б., Шульгин В.А., Дуванова О.В., Попов А.Н., Чижов А.С., Золотых А.Н.

Распределение компонентов при охлаждении водных растворов изопропилового спирта // VII Всероссийская конференция - школа «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении», 2009, с. 392.

9. Яценко О.Б., Шульгин В.А., Дуванова О.В., Попов А.Н., Чижов А.С., Золотых А.Н., Фазовые превращения в водных растворах изопропилового спирта при температурах ниже 00С // «Вестник ВГУ, серия: химия, биология, фармация», 2009, 10. Яценко О.Б., Чижов А.С., Золотых А.Н., Гидрохимический синтез высокодисперсных композиций для фото- и термоэлектрических устройств // XIII Национальная конференция по росту кристаллов, 2008, с. 411.

Синтез и изучение фотокаталитической активности мезопористого TiO2 с металлическими наночастицами Руководитель: к.х.н., доц. Гаршев А.В.

В настоящее время ведется активный поиск и изучение фотокатализаторов, обладающих высокой фотокаталитической активностью (ФКА). Нанесение наночастиц металлов на поверхность оксида титана является одним из наиболее перспективных способов повышения эффективности фотокаталитического разложения органических соединений, поскольку позволяет воздействовать на спектр поглощения катализатора и изменять динамику носителей заряда.

Целью данной работы является получение эффективных фотокатализаторов на основе мезопористого диоксида титана путём осаждения наночастиц Au, Ag, Cu и их сплавов на его поверхность. Выбор Au, Ag, Cu и их сплавов в качестве металлического компонента был обусловлен достаточно высокой устойчивостью этих металлов к окислению на воздухе в нанокристаллическом состоянии. Кроме того, они обладают высокой проводимостью, и для них характерно наличие пика плазмонного резонанса, лежащего в видимой области. Также предполагалось, что варьирование состава сплавов позволит получить наночастицы с различным положением уровня Ферми, влияющим на динамику носителей заряда на границе металл-полупроводник.

В ходе работы была отработана методика измерения ФКА, синтезирован мезопористый диоксид титана, проведено осаждение на его поверхность металлических наночастиц различного состава. Затем было проведено измерение ФКА полученных образцов и сопоставлено изменение фотокаталитической активности с появлением интерфейса металл-полупроводник и с изменением спектра поглощения.

Мезопористый TiO2 был получен по методике темплатного синтеза путём гидролиза н-бутилата титана в подкисленном растворе ПАВ Pluronic P123 с последующим отжигом в кислороде. Для осаждения наночастиц образец оксида титана пропитывали раствором прекурсоров ([Au(NH3)3OH](NO3)2, AgNO3, Cu(NO3)2 и их смесей), затем выдерживали 4 часа при pH=5 и температуре 50°С. После осаждения образцы высушивали сублимационной сушкой и отжигали в токе водорода, что приводило к формированию наночастиц металлов. Это приводило к закономерному изменению спектра поглощения — на нём проявлялся широкий пик в видимой области.

Для измерения ФКА в ходе данной работы была собрана установка, состоящая из кварцевого реактора, из которого постоянно производится отбор пробы, и проточной системы спектрофотометрического измерения. Данная система позволяет регистрировать спектр поглощения суспензии каждые 5 секунд, оптическая схема делает возможным работу с различными концентрациями красителя. Кварцевый реактор обеспечивал равномерное и воспроизводимое перемешивание суспензии и позволял варьировать условия при измерении ФКА. Для работы с большими массивами данных, получаемых в ходе эксперимента, была написана программа, проводящая обработку спектров в автоматическом режиме.

Исследование ФКА полученных образцов показало, что осаждение металлических наночастиц на поверхность оксида титана позволяет заметно увеличить его ФКА при воздействии УФ (с 1,8 10-4 мин-1мг-1 до 3,5 10-4 мин-1 мг-1 в случае наночастиц AuAg 1:2), но при этом фотокаталитическая активность образцов при облучении видимым светом остаётся низкой. Данное явление можно объяснить тем, что нанесение наночастиц металла оказывает значительное влияние на процессы разделения носителей заряда и их последующего переноса, при этом зонная структура полученного материала (металл-полупроводник) не позволяет эффективно генерировать носители заряда под воздействием видимого света.

Публикации студента:

1. Napolskii K.S., Roslyakov I.V., Romanchuk A.Yu., Kapitanova O.O., Mankevich A.S., Lebedev V.A., Eliseev A.A. Origin of Long-Range Orientational Pore Ordering in Anodic Films on Aluminum // Journal of Materials Chemistry, 2012, Accepted Manuscript (DOI: 10.1039/C2JM31710A) 2. Blednov A.V., Gorbenko O.Yu., Samoilenkov S.V., Amelichev V.A., Lebedev V.A., Napolskii K.S., Kaul A.R. Epitaxial Calcium and Strontium Fluoride Films on Highly Mismatched Oxide and Metal Substrates by MOCVD: Texture and Morphology // Chemistry of Materials, 2010, 22, 175-185.

3. Напольский К.С., Росляков И.В., Елисеев А.А., Лукашин А.В., Лебедев В.А., Иткис Д.М., Третьяков Ю.Д. Калибровочные решетки на основе самоорганизующихся структур пористого оксида алюминия // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology, № 11 (79) 4. Shaporev A.S., Ivanov V.K., Lebedev V.A., Churagulov B.R., Tret’yakov Yu.D.

Photocatalytic activity of nanodispersed zinc oxide synthesized by hydrothermal microwave route // Doklady Chemistry, Volume 434, Number 1 (2010), 223- 5. Lebedev V.A., Gavrilov A.I., Shaporev A.S., Ivanov V.K., Churagulov B.R., Tret’yakov Yu.D. Hydrothermal and Hydrothermal–Microwave Syntheses of Oriented Nanorods of Zinc Oxide on an ITO Substrate // Doklady Chemistry, Volume 444, Number 1 (2012), 117- 6. Лебедев В.А., Чурагулов Б.Р., Гидротермальный синтез наноструктур оксида цинка с использованием различных подложек // Перспективные материалы, 2008, специальный выпуск (6), часть 2, с. 30-34.

7. Лебедев В.А. Гидротермальный синтез и исследование наноструктур на основе оксида цинка // 6 Всероссийская школа-конференция «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (индустрия наносистем и материалы)», Воронеж, 2007, стр. 8. Лебедев В.А., Шапорев А.С., Иванов В.К., Чурагулов Б.Р. Гидротермальный и гидротермально-микроволновой синтез наноструктур на основе оксида цинка // Всероссийская школа-конференция «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (индустрия наносистем и материалы)», Воронеж, 2009, с.230- 9. Лебедев В.А., Чурагулов Б.Р. Гидротермальный синтез наноструктур оксида цинка c использованием подложек // Всероссийская конференция «Химия твёрдого теля и функциональные материалы», Екатеринбург, 2008, с. 10. Лебедев В.А., Шапорев А.С., Чурагулов Б.Р., Иванов В.К. Гидротермальный и гидротермально-микроволновой синтез наноструктур оксида цинка на подложках из ITO // Третья всероссийская конференция по наноматериалам «НАНО 2009», Екатеринбург, 2009, с. 663- 11. Лебедев В.А., Шапорев А.С., Иванов В.К., Чурагулов Б.Р. Гидротермальный и гидротермально-микроволновой синтез наноструктур на основе оксида цинка // IX Конференция молодых учёных «Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения: нанохимия, наноматериалы, нанотехнологии», Звенигород, 2009, стр. 12. Лебедев В.А., Чурагулов Б.Р. Влияние параметров гидротермального синтеза на свойства наноструктур оксида цинка // XIX Менделеевская конференция молодых учёных, Санкт-Петербург, 2009, стр. 13. Лебедев В.А. Гидротермальный и гидротермально-микроволновой синтез наноструктур оксида цинка // XX Менделеевская конференция молодых ученых, Архангельск, 2010, стр. 14. Лебедев В.А. Гидротермальный синтез и исследование наноструктур оксида цинка // XIV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, 2007.

15. Лебедев В.А. Гидротермальный синтез наноструктур оксида цинка на кремниевых подложках // XV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, 16. Лебедев В.А., Шапорев А.С., Чурагулов Б.Р., Иванов В.К. Гидротермальный и гидротермально-микроволновой синтез упорядоченных массивов оксида цинка на подложках из ITO // XVI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, 17. Ефремова М.В., Лебедев В.А., Влияние скорости нагрева на морфологию и свойства оксида цинка, получаемого гидротермальным методом // XVII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», Москва, 18. Lebedev V.A., Shur V.Ya., Kuznetsov D.K., Mingaliev E.A. Polarisation reversal induced by heating-cooling cycles in MgO doped lithium niobate crystals // ISAF ECAPD PFM, Aveiro, Portulal, 2012.

в химически модифицированном нанокристаллическом SnO Руководитель: д.х.н., доц. Румянцева М.Н.

Исследованные в данной работе материалы на основе нанокристаллического (размер кристаллитов 3-4 нм) SnO2 находят применение для использования в газовых сенсорах резистивного типа. Модификация поверхности SnO2 широко применяется в целях повышения селективности сенсоров и снижения их рабочей температуры. Однако многие вопросы, относительно влияния различных модификаторов на электрофизические свойства нанокристаллического диоксида олова остаются открытыми.

Цель настоящей работы заключалась в установлении механизма проводимости и влияния модификаторов на проводимость нанокомпозитов SnO2/Mod (Mod=RuOx, NiO, Au) из измерений на переменном токе. Достижение цели предполагало решение следующих задач: 1) Синтез нанокристаллического SnO2, модификация его Ru, Ni, Au;

2) Определение состава и структуры синтезированных материалов; 3) Исследование электрических свойств нанокомпозитов методом спектроскопии импеданса.

Синтез нанокристаллического SnO2 проводили золь-гель методом, при нейтрализации SnCl4·5H2O аммиаком в водном растворе. Порошок SnO2 пропитывали растворами прекурсоров – Ru(Acac)3, Ni(NO3)2, HAuCl4, затем отжигали на воздухе при температуре, необходимой для разложения прекурсоров. Структура и размер кристаллитов SnO2 были исследованы методом рентгеновской дифракции, качественный и количественный состав образцов определён методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Для исследования методом спектроскопии импеданса порошки были спрессованы в таблетки. Измерения проводили в диапазоне частот от 10 Гц до 3 МГц при температуре 200°С в токе сухого воздуха.

При исследовании состава нанокомпозитов было показано, что рутений образует смесь оксидов RuO2 и RuO3, никель – оксид NiO, а золото содержится в металлическом состоянии. Для описания частотной зависимости проводимости нанокомпозитов была применена перколяционная модель «случайных барьеров», описывающая прыжковый транспорт в неупорядоченных системах. Были определены значения удельной проводимости нанокомпозитов; показано, что в случае SnO2/NiO значительное уменьшение проводимости (на порядок) может быть обусловлено понижением уровня Ферми в кристаллитах SnO2 вследствие контакта двух полупроводников с различной работой выхода электрона.

Согласно проведённым исследованиям, транспорт электронов в нанокомпозитах в значительной степени определяется прыжковой проводимостью. Для интерпретации данных по влиянию модификаторов на удельную проводимость нанокомпозитов предложено рассматривать изменение проводимости в соответствии с изменением уровня Ферми материала матрицы. Данные об относительном изменении уровня Ферми могут быть получены методом РФЭС.

Публикации студента:

1. Яценко О.Б., Чижов А.С., Попов А.Н., Шульгин В.А. Особенности фазовых превращений в водных растворах изопропилового спирта // Коллоидный журнал, 2012, 74, №1, 131- 2. Яценко О.Б., Чижов А.С., Золотых А.Н. Гидрохимический синтез высокодисперсных композиций для фото- и термоэлектрических устройств // XIII Национальная конференция по росту кристаллов, Москва, 2008, стр.411.

3. Чижов А.С., Золотых А.Н., Яценко О.Б. Гидрохимический синтез высокодисперсных халькогенидных композиций и создание на их основе высокоэффективных фото- и термоэлектрических преобразователей // VII Всероссийская конференцияшкола «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении. Индустрия наносистем и материалы», Воронеж, 2009, стр.375-376.

4. Чижов А.С. Исследование нанокристаллических материалов на основе SnO2, модифицированного Pd и Ru, методом спектроскопии импеданса // XVIII Международная конференция аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, 5. Чижов А.С. Транспорт носителей заряда в химически модифицированном нанокристаллическом SnO2 // XIX Международная конференция аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, 2012.

Стандартизация условий регистрации и обработки Руководитель: д.х.н., проф. Сергеев Н.М.

Н ЯМР спектроскопия является распространенным методом для быстрого и эффективного анализа сложных смесей, таких как биологические жидкости. Информативность этого метода позволяет применять его в области метабономики для выявления реакций живого организма на внешние воздействия, регистрируя при этом «метаболический отклик организма». 1Н ЯМР эксперимент не требует длительной пробоподготовки, является неинвазивным методом, а также он позволяет обнаруживать и количественно определять десятки компонентов исходной смеси. Таким образом, по результатам ЯМР анализа биожидкостей можно проводить диагностику организма, отслеживать реакции на воздействия лекарственных препаратов в динамике.

Состав биологических жидкостей зависит от множества внешних факторов. В данной работе проводились исследования плазмы и сыворотки крови, а также мочи лабораторных крыс. Это позволило контролировать условия содержания животных и стандартизировать процедуру отбора жидкостей, приготовления и хранения образцов.

Однако положения и интенсивности сигналов в ЯМР спектрах зависят также от условий проведения эксперимента (выбора импульсной последовательности и настройки параметров, рН раствора, температуры и т.д.). Чтобы спектры можно было сравнивать друг с другом, все параметры должны быть строго стандартизированы.

Основной компонентой любой биологической жидкости является вода, сигнал которой необходимо удалить из спектра. Поэтому в ходе работы на тестовых образцах аминокислот, растворенных в воде, были отработаны различные импульсные ЯМР методики с подавлением сигнала растворителя (presaturation, NOESY presat, WATERGATE, WET). Для образцов плазмы и сыворотки крови также бывает необходимо наряду с сигналом воды подавить чрезмерно широкий профиль сигналов от макромолекул. Для этого были подобраны оптимальные параметры и зарегистрированы спектры CPMG.

В метабономических исследованиях часто используются методы многомерной статистики (PCA, PLS, и др.) для обработки спектральных массивов с целью выявления групп в когорте образцов. Но при таком подходе возникает трудность, так как оказалось, что даже при самой тщательной стандартизации химические сдвиги сигналов все же немного варьируются от спектра к спектру. В данной работе для решения этой проблемы использовался алгоритм обработки ЯМР спектров icoshift.

В результате работы зарегистрированы и обработаны спектры 110 образцов мочи крыс, а также спектры плазмы крови от 44 крыс (с группами контроля и почечной гипертензией). Спектры мочи содержат гораздо большее количество интерпретируемых сигналов, которые можно интегрировать для проведения количественного анализа. Однако мы показали, что состав мочи чрезвычайно чувствителен к любым воздействиям на организм. Тогда как метаболический профиль плазмы крови достаточно постоянен и может быть использован в диагностических и фармакологических исследованиях.

Также впервые было проведено исследование спектров 1Н ЯМР плазмы/сыворотки крыс на вход и выход из почки и сердца. Образцы артериальной и венозной крови были приготовлены научной группой из ФФМ МГУ на кафедре фармакологии. Нами был произведен подробный анализ этих спектров, выполнено отнесение сигналов. Сравнение полученных спектров позволяет достоверно отслеживать конкретные изменения метаболизма, происходящего непосредственно в органе.

Публикации студента:

1. Chertkov A.V., Podgorsky V.V., Sheberstov K.F., Poltanova A.V., Simonenko E.Yu., Sergeyev N.M. Metabonomics study of human amniotic fluid and embryo culture media // XIII International Youth Scientific School «Actual problems of magnetic resonance and its application», 2010, 72-75.

2. Сергеев Н.М., Шеберстов К.Ф., Торочешников В.Н., Сергеева Н.Д. ЯМРспектроскопия, метабономика и биофармацевтика // «Ученые Записки Казанского Университета», 2012 (в печати).

3. Молчанов С.П., Лебедев-Степанов П.В., Климонский С.О., Шеберстов К.Ф., Третьяков Ю.Д., Алфимов М.В. Самосборка упорядоченных слоев микросфер диоксида кремния на вертикальной пластинке // «Российские нанотехнологии», 2010, Т.5., № 5-6, с. 54-59.

4. Климонский С.О., Шеберстов К.Ф., Гольдт А.Е., Синицкий А.С., Яковлев В.Ю., Трефилова Л.Н. Синтез и свойства нанокристаллического CsI // «Неорганические материалы», 2011 Т.47, № 9, с. 1137–1142.

5. Chertkov A., Trashin S., Podgorsky V., Poltanova A., Sheberstov K., Sergeyev N., Kalabin G. High resolution NMR spectroscopy as a new method in medicine diagnostics and biochemical research. Metabonomics study of human amniotic fluid and embryo culture media // Nuclear Magnetic Resonance in Condensed Matter the 7 meeting: «NMR in Heterogeneous Systems», 2010, p 67.

6. Сергеев Н.М., Торочешников В.Н., Колоколова Т.Н., Чертков А.В., Шеберстов К.Ф., Калабин Г.А. ЯМР, метабономика и ее применение в медицинской диагностике, токсикологии и диетологии // VII международная конференция «спектроскопия координационных соединений». 2010, с 10 -11.

7. Сергеев Н.М., Торочешников В.Н., Шеберстов К.Ф., Чертков А.В., Сергеева Н.Д.

ЯМР и проблемы фармацевтики // VIII международная конференция «спектроскопия координационных соединений», 2011, с 11.

8. Шеберстов К.Ф. Синтез нанокристаллического йодида цезия методом ультразвукового пиролиза аэрозолей // XV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2008, с.112.

9. Яковлев В.Ю., Шеберстов К.Ф., Чеканова А.Е., Синицкий А.С., Климонский С.О., Трефилова Л.Н. Спектрально-кинетические свойства наноразмерного неактивированного иодида цезия // Международная конференция «Инженерия сцинтилляционных материалов и радиационные технологии ИСМАРТ-2008», Харьков, Украина, 2008, С. 89.

Влияние модификаторов на сенсорные свойства Руководитель: д.х.н., доц. Румянцева М.Н.

Газовые сенсоры резистивного типа – перспективные устройства для детектирования опасных соединений в воздухе, в число достоинств которых входят компактные размеры, дешевизна и прочность. Однако им присущи и некоторые недостатки, такие, как недостаточная селективность и необходимость нагрева чувствительного материала до 200-300С с тем, чтобы получить максимальный сенсорный сигнал и минимальное время отклика и регенерации. Также присутствует необходимость повышения чувствительности таких сенсоров, так как ПДК вредных для здоровья газов находятся на уровне единиц ppm (например, для H2S ПДК рабочей зоны – 6,6 ppm).

Целью данной работы была разработка новых материалов на основе нанокристаллического SnO2 для селективного детектирования H2S, NH3 и NO2 в воздухе. В поставленные задачи входил синтез нанокристаллического SnO2 в виде порошков и нанопроволок, химическое модифицирование полученных проволок частицами меди и сенсибилизация порошковой матрицы КТ CdSe с последующим исследованием состава, микроструктуры, фотопроводимости и сенсорных свойств полученных нанокомпозитов.

Синтез и модификация нанопроволок SnO2 проводились методом MOCVD, для синтеза порошков использовался метод химического осаждения из растворов. Для модификации КТ CdSe толстые плёнки порошков пропитывались золем квантовых точек в течение 30 мин. Образцы модифицированных нанопроволок исследовались методами РФА, СЭМ, ПЭМ, РФлА и рамановской спектроскопии. Исследования их сенсорных свойств по отношению к H2S проводили in situ путём измерения электропроводности толстых плёнок образцов при изменении состава газовой фазы. Измерения проводились при постоянной температуре сенсоров, изменявшейся от 100 до 450С, в диапазоне концентраций H2S 0,2-2 ppm. Нанокристаллические порошки SnO2 исследовались методами РФА, ПЭМ, удельная площадь поверхности оценивалась методом низкотемпературной адсорбции азота; содержание кадмия в модифицированных образцах оценивалось методом РФлА. Для порошковых образцов проводилось исследование фотопроводимости в условиях облучения УФ (=380 нм) и зелёным светом (=535 нм), также проводилось исследование их сенсорных свойств по отношению к NH3 (2 ppm) и NO2 (1 ppm) при температуре 50С.

В ходе работы были успешно синтезированы нанопроволоки SnO2, модифицированные медью. Показано, что данный метод приводит к формированию на поверхности проволок и частиц меди слоя графитизированного углерода, обеспечивающего высокую проводимость образцов. Был исследован новый CVD-прекурсор CuC16H16N2O4F3. При его использовании формируются сферические частицы металлической меди диаметром 130-200 нм. Синтезированные материалы обладают сенсорной чувствительностью к сероводороду в диапазоне концентраций 0,2-2 ppm. Концентрационная зависимость сигнала линейна в билогарифмических координатах, что позволяет использовать данный материал не только для детектирования, но и для измерения концентрации H2S. Также показана принципиальная возможность замены нагрева облучением зелёным светом при детектировании малых концентраций NH3 и NO2, кроме того, показано, что после модификации квантовыми точками фотоэффект образцов подавляется из-за адсорбировавшихся на поверхности органических молекул.

Таким образом, были синтезированы перспективные материалы на основе нанопроволок SnO2 для сенсоров с высокой чувствительностью к H2S, а также предложен метод детектирования малых концентраций NH3 и NO2 при пониженных температурах с использованием нанокристаллических порошков SnO2.

Публикации студента:

1. Zhurbina I.A., Varechkina E.N., Badalyan S.M., Rumyantseva M.N., Vasiliev R.B., Gaskov A.M., Timoshenko V.Yu. Extraordinary stability and PL properties of tin oxide nanoparticles formed by soft chemistry // Advances in Science and Technology, 2010, pp. 36-42.

2. Варечкина Е.Н. Синтез нанокристаллического SnO2 с высокой удельной поверхностью // XV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2008.

3. Варечкина Е.Н. Синтез нанокристаллического SnO2 с высокой удельной площадью поверхности // XVI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2009.

4. Варечкина Е.Н. Синтез нанокристаллических материалов на основе SnO2 для полупроводниковых газовых сенсоров с высокой чувствительностью к аммиаку // XVII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2010.

5. Варечкина Е.Н. Синтез нанопроволок SnO2, модифицированных медью, для газовых сенсоров с высокой чувствительностью к H2S // XIX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», 2012.